Studie výstavby zařízení MBÚ v České republice

Společnost Bioprofit, s. r. o., zpracovala v červenci 2009 pro Ministerstvo životního prostředí studii, týkající se potenciálu rozvoje výstavby linek mechanicko-biologické úpravy (MBÚ) komunálních odpadů (KO) v České republice. Studie je součástí přípravy podkladů pro výzvu na podporu zařízení pro využití komunálních odpadů v rámci OPŽP, prioritní osy 4 a vychází především z výsledků využití MBÚ komunálních odpadů v Německu a Rakousku, provedeného vlastního šetření a analýzy situace v České republice.

Legislativa nám dává dva hlavní cíle: snížit množství biologicky rozložitelných komunálních odpadů ukládaných na skládky a snížit množství komunálních odpadů ukládaných na skládky tak, aby bylo zajištěno využití 50 % hmotnosti papíru, plastů, kovů a skla jako složky komunálního odpadu (viz box. 1) . Cílovou hodnotou pro MŽP je pak odklonění 1 mil. tun SKO v roce 2020 od skládek. Jako potenciální technologie zpracování komunálních odpadů připadají v úvahu především technologie MBÚ se spoluspalováním produkovaného tuhého alternativního paliva (TAP) a přímé energetické využití KO při zabezpečení energetické účinnosti zdroje dle směrnice 98/2008 (ES).

Mechanicko-biologická úprava odpadu není sama o sobě technologií na využití komunálního odpadu, ale na jeho úpravu. Mechanickými procesy drcení, sítování a separace je vytříděná spalitelná frakce. Podle normy TNI 83 83 02 se označuje jako tuhé alternativní palivo, v angličtině je tento materiál nazýván SRF - soil recovered fuel, někdy rovněž jako RDF - refuse derived fuels, v němčině pak EBS - Ersatzbrennstoffe. Tento materiál je poté spalován ve vhodném zařízení v režimu spoluspalování odpadů (nařízení č. 354/2002 Sb., ve znění 206/2006 Sb.).

Režim spoluspalování vzniklého TAP je jedním ze základních atributů rozvoje této technologie. Kromě TAP jsou technologií vytříděny využitelné magnetické a nemagnetické kovy a dále je biologicky stabilizován výstup z technologie, tzv. CLO (compost like output) frakce, která je ukládána na skládce odpadů. U CLO frakce je důležitý především ukazatel její biologické stability, který definuje celkovou účinnost systému. Problematiku MBÚ je tedy nutné posuzovat pouze společně se spoluspálením vzniklého TAP.

DVĚ TŘÍDY PALIVA

V současné době lze sledovat v zemích, kde je technologie MBÚ dlouhodobě provozována, trend rozdělení produkovaných paliv z mechanicko-biologické úpravy do dvou základních kvalitativních tříd.

TAP kvality B představují paliva podrobená základní technologické úpravě obvykle sítováním, odstraněním kovů, případně jiným jednoduchým procesem (dle využité technologie). Obvykle se jedná o alternativní paliva svým charakterem stále připomínající odpad (tab. 1). Jeho výhřevnost se obvykle pohybuje mezi 12,5-18 MJ/kg.

Tento materiál je obvykle spalován ve spalovnách odpadů, monozdrojích a v kotlích s cirkulujícím fluidním ložem. Jeho využití v ostatních spalovacích zdrojích je limitováno zejména jeho mechanickými vlastnostmi, v menší míře pak obsahem nežádoucích příměsí.

TAP kvality A představuje významně kvalitnější materiál, jak s ohledem na mechanické vlastnosti, tak s ohledem na obsah nežádoucích příměsí. Materiál již ztrácí charakteristiku odpadu (tab. 1).Někdy je zaváděn pojem RDF-premium. Při výrobě tohoto TAP jsou nasazeny další technologie úpravy materiálu - obvykle pneumatická nebo balistická separace, sekundární drcení, odstranění látek bohatých na chlor a další. TAP kvality A lze spoluspalovat na většině typů elektrárenských uhelných kotlů a v cementárnách.

KDO SPÁLÍ TAP?

Studie provedla šetření zájmu o zpracování TAP mezi spalovacím zdroji s výkonem nad 50 MW , které zahrnovaly především elektrárenská zařízení s fluidními a granulačními (práškovými) kotli a ojediněle se zplynováním, teplárenské zdroje s fluidními, granulačními (práškovými) nebo roštovými kotli a dále cementárny, vápenky a výrobny lupku s pecemi.

Pro jejich vytipování byly využity databáze REZZO, IPPC a ERÚ. Vyloučeny byly spalovací zdroje pracující na kapalná či plynná paliva. Cílem výběru pak byly zvláště velké a velké zdroje znečištění, u kterých je spoluspalování odpadu legislativně možné.

Celkový instalovaný jmenovitý tepelný výkon v potenciálně vhodných spalovacích zařízeních činí zhruba 32,5 GW. Nejvíce potenciálně využitelných zařízení je v Ústeckém a Moravskoslezském kraji (37,7, respektive 17,7 % podílu tepelného výkonu). Nejméně - pouze 0,2 % tepelného výkonu - je v kraji Vysočina.

Podle zkušeností z Německa a Rakouska činí podíl TAP na celkové hmotnosti spáleného paliva max. 25 %, v průměru se pohybuje kolem 10 % (spoluspalovací zdroje na bázi fluidních či granulačních kotlů). Teoretická kapacita spotřeby TAP ve stávajících potenciálně vhodných zdrojích činí přibližně 5 mil. t/rok. Pro zjednodušení předpokládáme stejnou průměrnou výhřevnost TAP jako průměrnou výhřevnost použitých paliv (v průměru hnědé a černé uhlí).

Tuto teoretickou hodnotu je však nezbytné korigovat podle skutečného zájmu jednotlivých provozovatelů spalovacích zdrojů. Připravena tedy byla dotazníková akce oslovující potenciálně vhodné spalovací zdroje a jejich provozovatele. Z celkem 72 obeslaných zařízení (teplárny, elektrárny, cementárny, vápenky a lupky atd.) odpovědělo 22 zařízení. Zájem mezi provozovateli stávajících zdrojů nad 50 MW o využití TAP v režimu spoluspalování odpadů je omezený (např. přetrvává nezájem ze strany ČEZ, a. s.). Přesto se vyskytují dva reálné projekty.

Vážným zájemcem o zpracování TAP z MBÚ je elektrárna Vřesová vybavená zplyňovacími tlakovými generátory se sesuvným ložem. Potenciální kapacita zpracování TAP z MBÚ činí kolem 175 000 tun za rok (zhruba 10 % vsádky paliva). Podmínkou zpracování je dodávka TAP v granulovaném stavu. Dále je připravován projekt přestavby stávajícího granulačního kotle podniku Plzeňská teplárenská, a. s., na možnost příjmu TAP v objemu až zhruba 2 x 15 tis. tun za rok v režimu spoluspalování odpadů, požadovaná minimální výhřevnost 11 MG/kg.

U cementáren je zájem především o zpracování vysoce energetických alternativních paliv (např. tuky, masokostní moučka, drcené pneumatiky). Zájem o TAP z MBÚ je podmíněn jeho vyšší výhřevností, minimálně 18-22 MJ/kg, což odpovídá produkci jeho vysoce kvalitní části (A-RDF premium). Výjimku tvoří cementárna Prachovice, která požaduje minimální výhřevnost 15 MJ/kg a je tedy schopná zpracovat i TAP nižší kvality.

Potenciál zpracování vysoce kvalitní části TAP z MBÚ v cementárnách se pohybuje díky technologii rotačních pecí od 15 do 50 % vsádky paliva může dosáhnout min. 125 000 tun za rok, jedná se však většinou o jeho vysoce kvalitní část (kvalita A). Zbývající ostatní TAP z MBÚ s nižší výhřevností v množství kolem 75 tis. tun za rok by muselo být řešeno v rámci jiných spalovacích zdrojů. Cementárny již zpracovávají tuhá alternativní paliva dlouhodobě, není třeba ě vysokých investičních nákladů na úpravy.

DŮVODY NEZÁJMU O PALIVO Z MBÚ

Důvodů, proč převážná část provozovatelů klasických spalovacích zdrojů nemá zájem o spoluspalování TAP z MBÚ KO je několik. Legislativa požaduje spalování TAP v režimu spoluspalování odpadů, což znamená nutnost instalace kontinuálního měření emisí, úpravy na dopravních cestách. Pro provozovatele to přináší značná provozní a ekonomická rizika. Spoluspalování odpadů znamená nutnost změny Integrovaného povolení na zdroj, což s sebou může nést negativní skutečnosti ve vztahu k veřejnosti a orgánům státní správy. Nedotažená je také legislativa v oblasti definice tuhých alternativních paliv, požadavků na jejich kvalitu, a implementace evropských norem do naší legislativy.

Provozovatelé neskrývají obavy z dodržení kvality TAP na vstupu do zařízení zejména s ohledem na obsah chloru, který se pohybuje v řádu 0,5-1,2 %, což je zhruba 1000x více,než např. klasická biomasa. Jsou zde také obavy z technologických rizik zpracování TAP (např. koroze fluidních kotlů, ohrožení dalšího použití energosádrovce, škváry apod.). Provozovatelé také předem velmi obtížně odhadují výši případných investic do úprav technologie, čištění spalin a měření kvality souvisejících s přechodem na režim spoluspalování odpadu. Závažným důvodem je také nízká cena klasických fosilních paliv a chybějící pozitivní podpora využívání tuhých alternativních paliv ve srovnání s biomasou. Provozovatelé klasických spalovacích zdrojů (s výjimkou cementáren) vidí jako perspektivnější investice do spoluspalování biomasy, a to díky dopracované legislativě a systému podpory ze strany státu

POTENCIÁL VYUŽITÍ V KRAJÍCH

Z hlediska koncepcí krajů a Integrovaných systémů pro nakládání s odpady je největší potenciál využití TAP z MBÚ v Karlovarském, Ústeckém, Plzeňském a částečně i Středočeském kraji. Kapacita zpracování 205 000 tun TAP odpovídá kapacitě MBÚ KO ve výši min. 510 000 tun za rok (zhruba 6 velkých zařízení). V Pardubickém kraji je možnost využití 50 000 tun TAP za rok v cementárně Prachovice, což odpovídá kapacitě linky MBÚ min. kolem 125 tis. t za rok. Obecně převažující zájem cementáren o zpracování vysoce kvalitního TAP z MBÚ pak dává prostor pro rozvoj linek MBÚ i v dalších regionech. Tento zájem je však vázán na nutnost vyřešení využití i části TAP s nižší výhřevností, které doprovází produkci vysoce kvalitního TAP. U vápenek a výroby lupku je situace složitější, jejich technologie neumožňují přímé spoluspalování TAP a vyžadují instalaci přípravných zplyňovacích jednotek.

Nejdále se úvahy o regionálním využití MBÚ dostaly na Karlovarském kraji, kde je v tuto chvíli řešena krajská koncepce nakládání s odpady, která počítá s výstavbou linky (linek) MBÚ. Lze tedy reálně předpokládat, že v období min. prvních 5 let bude v západní části republiky zpracovatelská kapacita na TAP z MBÚ dostatečná.

Další část studie byla věnována otázce legislativního rámce v České republice definujícího otázku MBÚ KO a spoluspalování vzniklého TAP. Provedenou analýzou legislativního prostředí byly zjištěny závažné skutečnosti (box 2).

MOŽNOSTI REALIZACE MBÚ ZAŘÍZENÍ

Cílem MŽP je zvýšení úrovně využití jednotlivých složek KO, včetně jeho biologicky rozložitelné části. Z tohoto důvodu stanovilo MŽP pro Operační program Životní prostředí požadavek, aby byla v zařízeních MBÚ zpracovánamaximálně polovina produkce komunálních odpadů. Ve studii byla proto provedena podrobná analýza dopadů tohoto požadavku

V ČR bylo v roce 2007 celkem vyprodukováno 4373 tis. tun komunálního odpadu, z toho 4264 tis. tun odpadů skupiny 20 a 109,7 tis. tun obalů skupiny 15 (zdroj MŽP, ISOH, 2007). Při hodnocení potenciálu rozvoje MBÚ KO je nutné zohlednit kapacitu existujících spaloven KO v Praze, Libereckém a Jihomoravském kraji, která je velmi vysoká a v podstatě řeší většinu produkce SKO, resp. podstatnou část produkce KO.

Procento zpracování produkovaného KO v jednotlivých krajích se spalovnami činí 50,6-54,5 % , čímž splňuje podmínku MŽP na zpracování 50 % produkce KO a nelze zde reálně počítat s rozvojem větších kapacit MBÚ.

Potenciál rozvoje MBÚ (ve vazbě na požadavek 50 % zpracování KO) je největší v kraji Středočeském, Ústeckém a Moravskoslezském (neuvažujeme kraje se spalovnami, v Moravskoslezském kraji se nyní připravuje zařízení pro přímé energetické využití KO). Je nutné poznamenat, že krajské bilance nakládání s KO nejsou v tomto ohledu zcela rozhodující, neboť kraje nejsou původci odpadů. Jako investoři budou vystupovat pravděpodobně sdružení měst a obcí, či podnikatelské subjekty v oblasti nakládání s odpady a jejich působnost bude mezi jednotlivými kraji v návaznosti na optimalizaci svozových tras apod.

Teoretická produkce TAP z MBÚ zpracovávajícího KO při dodržení podmínky MŽP v rámci OPŽP (50 % zpracování produkovaného KO) se pohybuje v České republice kolem 712 tis. t za rok. Z toho činí teoretická produkce vysoce kvalitního TAP s výhřevností nad 20 MJ/kg zhruba 356 tis. t za rok a produkce méně kvalitního TAP s výhřevností kolem 12,5-18 MJ/kg přibližně 356 tis. tun za rok.

Ze zpracované studie sloužící k přípravě podkladů pro výzvu k předkládání žádostí na projekty zařízení mechanicko-biologické úpravy odpadů a příslušné infrastruktury a výzvy na úpravu kotlů za účelem splnění podmínek pro spoluspalování odpadů vyplývá, že v České republice existuje reálný potenciál rozvoje této technologie v nejbližším období. Omezujícím faktorem rozvoje jsou však některé legislativní mezery a nedostatky, které je třeba dořešit. Jedná se zejména o problematiku výstupů z MBÚ a kvality TAP.

Technologie MBÚ může na území ČR existovat vedle zařízení na přímé energetické využití komunálních odpadů ve spalovnách. MBÚ pak může představovat vhodné řešení otázky snížení množství KO ukládaných na skládky zejména pro aplikace do 100 000 tun za rok, ve vazbě na spoluspalovací zdroje. Společnou koexistenci technologií MBÚ a spaloven KO pak dokazuje i vývoj na trhu odpadového hospodářství v Německu a Rakousku, jako nám nejbližších sousedů.

Ing. Tomáš Dvořáček
Bioprofit , s. r. o.

Box 1 Cíle pro odpadové hospodářství

Snížení množství biologicky rozložitelných komunálních odpadů ukládaných na skládky - směrnice 1999/31 (ES) o skládkách odpadů, je záměrem

Snížení množství komunálních odpadů ukládaných na skládky tak, aby bylo zajištěno využití 50 % hmotnosti papíru, plastů, kovů a skla - směrnice č. 98/2008 (ES) a Plán odpadového hospodářství České republiky.

Box 2 Problémy zjištěné při analýze legislativního prostředí z hlediska MBÚ a spoluspalování vzniklého TAP.

Chybějící implementace pojmu mechanicko - biologická úprava odpadů do legislativy odpadového hospodářství (např. vyhláška č. 294/2005 Sb.), včetně chybějícího zmocnění k prováděcí vyhlášce definující tuto technologii. Problémy se zákonem č. 76/2002 Sb. v platném znění o integrované prevenci spočívající v problematické definici zařízení na "zneškodnění odpadů". Linky na MBÚ s kapacitou nad 50 t/den (tj. 10 000 - 15 000 t odpadů za rok) by podle názoru zpracovatele měly spadat díky komplexnosti technologie pod tzv. integrované povolení.

Legislativní problémy s uložením CLO frakce na skládky kategorie S-OO na úrovni vyhlášky č. 294/2005 Sb. a to díky reálně vysokému obsahu DOC, který překračuje limity výluhové třídy II ( 80 mg/l). Z toho vyplývající komplikace a nemožnost umožnění uložení CLO frakce na skládce komunálního odpadu, např. v samostatné oddělené sekci nevyžadující odplynění bez míchání s ostatním komunálním odpadem. Proto je nutné tuto problematiku řešit např. vypuštěním sledování výluhových ukazatelů u CLO. Dále je třeba řešit úroveň respirační aktivity CLO, např. podle metody AT4 či GS21, GB 21, DRI pro uložení na skládku. Pokud vyjdeme z požadavku vyhlášky č. 341/2008 Sb. o bioodpadech, mělo by toto být méně než 10 mg O2/g sušiny, což je vyhovující. Další otevřeným problémem je aplikace jednotlivých ustanovení vyhlášky č. 341/2008 Sb. na biologickou části technologie MBÚ. Tyto části se týkají potřebné teploty a doby fermentace materiálu. Nutností je rovněž definice výhřevnosti CLO frakce, což vlastně určuje účinnost vytřídění výhřevných látek v technologii MBÚ. S ohledem na zkušenosti ze zahraničí jej navrhuje zpracovatel studie nastavit na úroveň 8 MJ/kg.

Nutnost dořešení provozní legislativy zařízení na úpravu odpadů, a to zejména v oblasti zápachu. Lze předpokládat značné kolize s veřejností v rámci přípravy a provozu zařízení s kapacitou v řádu mnoha desítek tisíc tun za rok. Další otázkou je přijetí metodického materiálu, např. Metodického pokynu (jako tomu bylo u bioplynových stanic) k přípravě a navrhování, realizaci a provozu těchto zařízení, aby se předešlo problémům při výstavbě a státní správa by měla k dispozici podklad pro posuzování a povolování těchto staveb. V tomto materiálu řešit otázky volby technologie, procesu aerobní či anaerobní fáze apod. U procesu aerobní fáze stanovit požadavek na kompostování s první fází v uzavřeném prostoru s řízenou aerací a odsáváním vzduchu na biofiltry, po dosažení určitého hodnoty limitu AT4, např. 20 mg O2/g sušiny možnost přechodu na venkovní kompostovací krechty. Je třeba počítat s tím, že v případě problémů bude negativní dopad těchto zařízení větší, než tomu bylo u bioplynových stanic.

Nutnost dořešení legislativy tuhých alternativních paliv a implementace evropských norem týkajících se této oblasti do našeho práva. V tuto chvíli náš právní řád pojem tuhé alternativní palivo zrušením vyhlášky č. 357/2002 Sb. nezná, zná pouze pojem alternativní palivo v nařízení vlády č. 146/2007 Sb. (toto však má být zrušeno). Implementací TNI by bylo možné využít požadavků na monitoring a management kvality TAP, a to v režimu spoluspalování odpadů apod.